SZÁRAZFÖLDI ROBOTTECHNIKAI ESZKÖZÖK TERVEZÉSÉNEK ÉS ALKALMAZÁSÁNAK BIZTONSÁGI SZEMPONTJAI Koleszár Béla
Tartalom Bevezetés Biztonsági szempontok Szárazföldi robottechnikai eszközök alkalmazásának a reális lehetőségei Automotív fejlesztések áttekintése Összegzés, következtetések
Bevezetés A Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Katonai Műszaki Doktori Iskola doktoranduszaként kidolgozandó témám a "Földi robottechnikai eszközök konstrukciós és alkalmazási kérdései, különös tekintettel a békefenntartó missziók biztonságának növelésére." Az emberek nehéz, monoton, veszélyes munkáját átvevő autonóm robotok: Ipari robotok, robotpilóták, robotrepülőgépek, takarító-, mosó-, medencetisztító robotgépek, robot-fűnyírók, logisztikai feladatokat ellátó kisebb robotok, földalattik, stb. A távolabbi cél, a robotjárművek közúti forgalomban való engedélyeztetése. Felmerülő jogi problémák. A robotok vagy a légtérben, vagy emberek elől zárt területen mozognak, vagy kicsi a károkozó képességük.
Crusher
Katonai felhasználások A katonai célokra való felhasználás katalizátorként szolgál. Katonai szárazföldi robotok ma Aknakereső- Aknamentesítő- Felderítő- (főleg házakban, pincékben, barlangokban) Csapásmérő- (fegyverekkel illetve robbanótöltettel felszerelve
További témák Az eddigi szárazföldi robotok aránylag lassúk, csak részben működnek önállóan. Az összeköttetés bármilyen okból történő megszakadása után a távirányított jármű is átmeneti időre autonóm járműként kénytelen működni! Biztonsági rés - eddig nem nagyon kutatott. Az autóiparban komoly fejlesztések történnek az intelligens járművek irányába. Elemzem őket az esetleges katonai felhasználásuk céljából. Informatikai részegységeik- megkülönböztetett figyelem szükséges. Eddig inkább csak információs jelleg Az autonóm járműveknél a hibás információk hibás döntésekhez vezethetnek, ezek pedig balesetet, sérüléseket, károkat okozhatnak, veszélyeztetve a bevetés sikerét.
Robot terepen
Biztonsági szempontok Járművek általános biztonsága Biztonság a földi robotjárműveknél Biztonság oszlopmenetben, illetve csapatban Ellenség - barát? Etikai problémák Veszélyforrások
Járművek általános biztonsága Közúti közlekedés biztonsága Harcjárművekkel szemben támasztott általános követelmények A járművezetők munkáját segítő berendezések
Közúti közlekedés biztonsága Szigorú előírások, műszaki vizsgák Megkettőzött fék-, ill. kormányrendszer Fékezési, kormányzási erők Világítás, jelzőlámpák, ablaktörlők Biztonsági előírások a tolatásnál Aláfutás elleni védelem, gyalogosvédelem Stb.
Harcjárművekkel szemben támasztott általános követelmények Ballisztikai védelem Improvizált robbanóeszközök (IED) elleni védelem Mobilitás Terepjáró képesség Sebesség Kétéltűség Ergonómiai követelmények Stb. Steyr Pandur Rafael lövegtorony
A járművezetők munkáját segítő berendezések Elektronikusan vezérelt motorok Automata sebességváltók Automatikusan működő hossz- és keresztdifferenciálzárak Például a Steyr cég által kifejlesztett ADM rendszer: Automatic Drive-train Management-System Periszkópok helyett kamerák
Biztonság a földi robotjárműveknél Zavarmentes, kódolt adatátvitel (lehetőleg több úton) A megfigyelőrendszereket (kamera, radar, lidar, stb.) meg kell többszörözni Összeköttetés megszakadása => autonóm jármű! Cselekvési sor: Kis sebességnél ez jelentheti az azonnali fékezést is Nagy sebességnél, kanyarban, csúszós úton, megrakottan, meredek lejtőn ennek súlyos következményei lehetnek magára a járműre, annak rakományára, a közlekedés más résztvevőire, az út melletti épületekre, a járókelőkre nézve A robotjármű vezérlőrendszerének abban a pillanatban át kell váltania autonóm üzemmódba A követő járművek figyelmét fel kell hívnia a vészhelyzetre: vészjel küldésével, vész-villogók bekapcsolásával, stb. Ez a reális időben működő önálló számítógépes rendszer arra is szolgál, hogy visszajelzést ad az operátornak arra, hogy még biztonságos-e egy vészleállás. A biztonsági kérdések tisztázása a katonai, ill. civil forgalomban való engedélyeztetés elengedhetetlen feltétele. Jogi problémák (pl. balesetnél a felelősség kérdése).
General Dynamics
További biztonsági tényezők Védelem az ellenség elektronikai zavarása ellen. A járművek, távirányított fegyverek feletti uralom. Az ellenség kezébe került robotok. Robot- operátorok átállása. A renitensen működő robotok kiiktatásának lehetősége. A járművek közötti kommunikáció kiemelten problémás kérdés Szélessávú zavaróadók az út menti rádió-távvezérlésű bombák elleni védekezés eszközeként. A saját robotokba vetett bizalom elvesztése fékezné a robotok további bevetését. Exocet rakéták a Falklandi háború alatt, illetve a Perzsa öbölben. Kíváncsi gyermekek távoltartása, humánus, non lethal eszközökkel. Pszichikai szempontból egy békefenntartó hadműveletnél bekövetkezett baleset romba dönthet minden addigi sikert.
Biztonság növelése oszlopmenetben, illetve csapatban Oszlopmenetnél az első jármű nyomvonalát és más paramétereit kopírozhatják a többiek. Üzemmód, ahol egy operátor több autonóm járművet felügyel. A járművek a durván kijelölt útvonal mentén önállóan haladnak Ha valamilyen probléma adódik, akkor a robotjármű leáll és az operátor segítségét kéri. Csapatban haladó robotok Az egyes járművek megfigyelőrendszereinek hálózatba (mátrixba) kapcsolása Az egyik robot által észlelt veszély az egész raj számára ismertté válik. Az egy járművön, különböző célokból szerelt szenzorok működésének összehangolása pl. az aktív rakétaelhárító rendszerek érzékelőit a jármű előtti tér ellenőrzésére is lehetne használni A járművek egymást zavaró hatása: Az aktív módban működő, pásztázó sugarak visszaverődött jeleit érzékelő szenzorok telítődhetnek.
Ellenség - barát? Nem, nem az ellenség, ön fia vágta sebét (Kisfaludy Károly: Mohács; 1824) Nagyon lesújtó, ha egy balesetet, sérülést, veszteséget a saját erők okozzák. A mobilis mátrixban a robotjárművek kölcsönösen elemzik egymás helyzetét, ha egy bizonyos (sebességtől, útviszonyoktól függő) határon belül közel kerülnek egymáshoz, akkor lassítaniuk kell, illetve meg kell állniuk. A helyzetelemzés fontossága miatt is szerepe lehet az egyes földi-légi rendszerek hálózatba kapcsolásának, hogy a kieső műholdas helymeghatározó rendszereket, ha némileg pontatlanabbul is, de helyettesíteni tudják. A robotjárművek mátrixát ki kell bővíteni az összes többi, a környéken mozgó, emberek által vezetett járművek adataival is. Katonák észlelhetősége. A zöld zónákban aktív módban A frontvonalon át lehet kapcsolni passzív módba A fejlesztés alatt álló személyi ellenség-barát felismerő rendszereket kis módosításokkal erre a funkcióra is alkalmassá lehet tenni.
Etikai problémák Az esetleges balesetek kiértékelése, a felelősség egyértelmű megállapítása nagyon nehéz. A robotoknál történő mindenfajta fegyverhasználat kérdéses, de főleg az autonóm (operátor felügyelete nélküli) csapások létjogosultsága hadijogilag még nem alátámasztott. Az ellenség barát felismerő rendszerek mellett esetleg megjelenhetnek ember robot / élőlény - gép felismerő rendszerek is? A teljes, illetve a részleges önmegsemmisítés lehetősége is felvet részben biztonsági, részben etikai problémákat is.
Veszélyforrások Sebesség fokozása => ~leszálló repülőgép Nem rendelkezik egy / kijelölt / körbekerített / lezárt / egyenes / jó felületű pályával A földi robotok pályája egyenetlen, rosszul, vagy egyáltalán nem kijelölt, nyitott még a szembe- és keresztforgalomnak is! Az utakról letérve számtalan terepakadály, házak, árkok, gödrök, folyók, fák, bokrok, kövek, veszélyes lejtők, víz, sár, mocsár, homok, hó-jég, köd, stb. leselkednek rá.
További veszélyek Ha rendelkezünk is elegendő szenzorral, akkor is a végtelen felé konvergáló kombinációs lehetőségek kiértékelése miatt a valós idejű feldolgozás akadozhat. Hosszú évek szükségesek, míg a tanuló programok és maguk a programozók a különböző tereptípusokra szabott szoftvereket optimalizálják, majd a legkülönbözőbb terepeken letesztelik. Nehéz terepen állandóan változó (pozitív és negatív) gyorsulások, ütések, rezgések Külső mechanikai behatások (pl. ágak, szögesdrót) Szennyeződések lehetősége (eső, hó, dér, por, sár, stb.)
Szárazföldi robottechnikai eszközök biztonságos alkalmazásának a reális lehetőségei Nehéz terepen, reális harci körülmények között, teljesen autonóm üzemmódban még nem vethetők be, vagy csak nagyon korlátozottan. Az autonomitás fokának a növekedése A közlekedési szabályok és szokások ismerete, a szituációk érzékelése, értékelése DARPA- Urban Challenge Közúti forgalmi körülmények Valós méretű járművek
Oskhosh
Vonatközlekedés robotizálása A sínek által adott fix nyomvonal Nincsenek szűk kanyarok, meredek lejtők Keresztforgalomnál elsőbbség Lakott területen elkerített pálya A lakosság tart tőle A hosszú fékút tolerált A villanymozdonyok, váltók, sorompók jól távvezérelhetők
Automotív fejlesztések áttekintése A járművezető túl-, illetve alulterheltsége miatti veszélyforrások csökkentése Egyéb segítő rendszerek
A járművezető / operátor túlterheltsége miatti veszélyforrások csökkentése Nagy forgalom, rossz látási és útviszonyok, rakomány, úthibák, akadályok, fáradtság, saját és ellenséges harci cselekmények, kieső funkciók, kiszámíthatatlan lakosság, stressz. Tolatási kamerák, parkoló szenzorok már mindennaposak, ezek hatékonyan csökkenthetik a kis sebességű balesetek számát Esőszenzorok, fejlesztések történnek az automatikusan történő fényszóró- tompításra is Előzésnél a holt szöget radar figyeli, ha járművet észlel, figyelmeztet Kanyarodásnál, letérésnél a gyalogosokat, kerékpárosokat is észlelheti A rossz látási viszonyoknál éjjellátó berendezések, radarok számítógéppel feldolgozott, kiértékelt adatai alapján létrehozható a sofőr látóterében egy leegyszerűsített színes, virtuális kép, amely figyelmezteti a veszélyre Az autonóm robotoknál a környezetről, a valós forgalomról csak ez, a képfeldolgozó programok segítségével előállított virtuális kép áll a döntéshozó vezérlőegységek rendelkezésére. A virtuális kép valósághűsége, részletessége, további feldolgozhatósága döntő hatással van az autonóm robotközlekedés biztonságára. Távlatilag a hálózatba kötött fedélzeti információs rendszer megkapja majd a közlekedési lámpák, illetve a már ismert akadályok adatait. Az egyre több, hálózatban autózó jármű egymás információit, vészjeleit (pl. baleset, álló kocsisor) is megkaphatják, illetve továbbadhatják a még árnyékban közlekedő további járműveknek (Car2X rendszer).
A járművezető / operátor alulterheltsége miatti veszélyforrások csökkentése Oszlopmenetben a járművezetők nincsenek irigylésre méltó helyzetben. Egyszer sötétben, rossz úton, órákon keresztül kell koncentrálniuk az előttük haladó jármű erősen tompított hátsó fényeire, majd nappal, jó időben, jó úton, aránylag lassú konvoj- sebességgel követni az előttük haladót. Megelőzni nem lehet, lemaradni sem lehet. Persze, hogy hamar elkalandozik a tekintet, lanyhul a figyelem Itt is segíthetnek a járműiparban kifejlesztett, tesztelt különböző biztonsági rendszerek: Az automatikus távolságtartás, automatikus fékezéses, vészfékezés a ráfutásos balesetek számát csökkentheti, illetve a zárt katonai menetoszlopoknál a biztonságos haladási sebességet növelheti. Az elektromechanikus kormányzás lehetővé teszi az automatikus sávtartást. A sávból való letéréskor hangjelzéssel, gyenge ellenkormányzással, vibrálással adhat figyelmeztető visszajelzést a jármű vezetőjének. A következő lépés az automatikus, gombnyomásra történő sávváltás lesz. A sofőrök figyelmét vigyázó, ellenőrző, tesztelő rendszerek fejlesztésének az eredményeit a robotjárművek operátorainál is alkalmazni lehet majd.
Robotkonvojok
Egyéb segítő rendszerek Önálló parkolórendszerek
Összegzés, következtetések A légjárműveknél már ma megfigyelhető trendhez hasonlatosan számíthatunk arra, hogy az újonnan fejlesztett szárazföldi járművek egyre nagyobb részét robotjárművek fogják alkotni. Távlatilag a robotok az emberektől nem csak a bevezetőben említett nehéz, monoton, veszélyes munkát veszik át. Olyan bonyolult feladatokat is el tudnak majd látni, amire az emberek már fiziológiailag nem képesek. Tudatában kell lennünk annak is, hogy gyakorlatilag minden távirányított, ill. ilyen célra beprogramozott autonóm járművet terrorcselekmények kivitelezésére is fel lehet használni! A földi robottechnikai eszközök egyre nagyobb mértékű, körültekintő, biztonságos használata legalább részben, kiutat jelenthet több nagy katonai fejlesztés hagyományos eszközökkel megoldhatatlan zsákutcájából, például a Jövő Harcrendszerei programokban (FCS, FRES). A robotok bevetése emberéleteket menthet meg és a súlyos sérülések számát is csökkentheti.
Köszönöm a figyelmet!